為了研究清管器聚氨酯皮碗的磨損,提出了一種數值模擬的方法。該方法基于修正的Archard模型,并結合ALE自適應網格技術和子程序Umeshmotion來實現該模型。同時為了減少計算時間使用了跳躍因數ΔN,并由仿真結果得出ΔN值為50。采用有限元試驗方法模擬了聚氨酯皮碗的磨損過程,由仿真數據擬合得到磨損深度隨清管器運行距離的計算公式,其結果表明:隨著運行距離的增加,接觸表面各位置處的磨損深度都不斷增加,磨損區(qū)域的寬度在不斷增加,且接觸表面的輪廓逐漸趨近于水平;最大接觸應力下降很快,接觸表面的接觸應力分布逐漸趨于均勻;接觸長度不斷增加,其增長率逐漸減小;由擬合公式計算得出的磨損深度值與文獻中的實驗結果具有一致性。 

【文章來源】：塑料工業(yè). 2020,48(03)北大核心CSCD

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

清管器結構示意圖

本論文采用Abaqus軟件進行有限元建模，有限元模型如圖2所示(采用的清管器是針對的管道)，聚氨酯皮碗過盈量為�？紤]皮碗以及管道的軸對稱性，有限元模型采用二維平面軸對稱模型。相較于清管器皮碗，管道硬度較高，磨損可以忽略不計，因此將管道設置為解析剛體，Elleuch等[12]與Da Silva等[13]認為聚氨酯材料為類橡膠材料，由于自適應網格對超彈性材料模型表現不佳[14]，因此將皮碗設置為線彈性材料，且考慮到文中模擬單向磨損，在此條件下，其材料本構可以近似地采用彈塑性模型(彈性模量為20 MPa，材料硬度為170 MPa，泊松比為0.35)。皮碗與管道之間的摩擦采用庫侖摩擦，即q=μp(式中q為臨界切應力，p為接觸應力，μ為摩擦因數)，過盈配合間的摩擦因數為0.12，切向接觸行為由罰函數接觸算法進行控制。過盈配合采用自動收縮配合來實現。為了獲得接觸表面的接觸壓力和相對滑移的精確結果，接觸區(qū)域中的網格尺寸非常精細。本文通過切分實現了從接觸區(qū)域中的粗網格到遠離接觸區(qū)域細網格的急劇過渡。這能夠降低有限元分析時間，同時保持計算精度。2 磨損模型

2.2 修正的Archard模型的實現由式(6)可知，節(jié)點磨損深度與節(jié)點接觸應力、位移增量密切相關，因此，為了獲得接觸表面形狀的變化，需得到接觸表面接觸應力的分布與式(4)所表示節(jié)點的位移增量。本文通過Abaqus中的ALE自適應網格技術與子程序Umeshmotion來實現式(6)所表示的皮碗磨損率。ALE自適應網格技術定義了自適應網格約束，用于調整自適應網格區(qū)域內節(jié)點的位移，且允許自適應網格區(qū)域內的網格脫離材料獨立流動，在不改變原有網格拓撲結構的情況下，逐步改善網格的質量。子程序Umeshmotion用來控制自適應網格區(qū)域中部分網格的運動。磨損模型在Abaqus中的實現如圖3所示，即首先通過調用子程序中的實用程序來訪問節(jié)點的接觸應力與位移，利用式(4)計算節(jié)點位移增量，再通過式(6)計算節(jié)點的磨損深度，然后通過自適應網格技術來調整接觸表面磨損后的節(jié)點位置，最后在新的接觸表面重新進行有限元計算。通過上述不斷的循環(huán)，就可以模擬出聚氨酯皮碗長距離磨損之后的情況。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]海底管道清管動力學特性研究[D]. 劉淼.中國石油大學(華東) 2016



本文編號：3564624